Устройство для измерения информативных значений гармоник тока дуги трехфазной дуговой электропечи

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 19 ительно снабженои блоками выбо ки допо лями е -дненног У выводов регистрлока выборки хрзначения входно н являетсяения усредсигнала,ходом енног го втор ен с не и выво нверти усилит дна об нно люче вторая о на к выв заземпен ладка ду, пр азначенному дл ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ЙО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им, Ленинскогокомсомола и Донецкий металлургический завод им. В.И.Ленина(56) 1.Авторское свидетельство СССРУ 624396, кл. Н 05 В 7/148, 1976.2.Хусид Ф.Б, Исследование и разработка метода управления дуговымисталеплавильными печами на основеанализа кривых тока дуги. - Автореф.дис. канд-та техн. наук. М., 1974,с, 8-13.(54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯИНФОРМАТИВНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ГАРМОНИК ТОКАДУГИ ТРЕХФАЗНОЙ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, содержащее в каждой Фазе измерения и полосовых Фильтров, настроенных на измеряемые гармоники. тока,входы которых через масштабирующийусилитель соединены с выходом датчика мгновенного значения тока дуги,блок сравнения, вход которого соединен с выходом полосового фильтрапервой гармоники тока дуги, а еговщсод подключен к управляющему входу масп)табирующего усилителя, и регистрирующий прибор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыше ноя точности измерения информативныхзначений гармоник тока дуги, оно 4151) Н 05 В 7/144; С 01 К 23/1 п выпрямитр -хранениязначения входного си нала, датчиком тока дуги и вторым блоком сравнения, при этом выход каждого полосового фильтра ерез последовательно соединенные выпрямитель и блок выборки-хранения усред - ненного значения входного сигнала подключен к входу регистрирующего прибора, вход датчика тока дуги соединен с выходом датчика мгновенного значения тока дуги, а его выход соединен с входом второго блока сравнения, выход которого подключен к управляющему входу каждого блока выборки-хранения усредненного значения входного сигнала.2. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок выборки-хранения усредненного значения входного сигнала содержит резистор, ключ, конденсатор и операционный усилитель, при этом выход операционного усилителя соединен со своим инвертирующим входом и является выходом блока выборки-хранения усредненного значения входного сигнала,через ключ соедиующим входом операеля, к которому подладка конденсатора, которого подключе47 Ф 11494Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для измерения информативных значений гармонических составляющих тока дуги нри получении информации о 5 ходе технологического процесса в дуговых электропечах.Известно устройство для измерения змачений гармоник тока дуги, содержащее датчик мгновенного значения 30 тока дуги, соединенный выходом с входом анализатора, и регистрирующий прибор Я .Недостатком этого устройства является низкая точность измерения 35 информативных значений гармоник тока дуги.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения информатив р ных значений гармоник тока дуги дуговой электропечи, содержащее в каждой Фазе измерения и паласовых Фильтров, настроенных на измеряемые гармоники тока, входы которых через 25 масштабирующий усилитель соединены с выходом датчика мгновенного значения тока дуги, блок сравнения, вход которого соединен с выходом полосового фильтра первой гармоники тока дуги, а его выход подключен к управляющему входу масштабирующего усилителя, и регистрирующий прибор 21,Недостатком известного устройства является низкая точность измерения 15 информативньк значений гармоник тока дуги ввиду того, что значения гармоник тока контролируются на всем диапазоне изменения тока, включая режимы короткого замыкания и близкие 4 О к нему и режимы прерывистого горения тока дуги, а значения гармоник в этих режимах ие несут информации о ходе технологического процесса.Целью изобретения является павы аение точности измерения информативных значений гармоник тока дуги дуговой электропечи.Поставлеинан цель достигается тем, что устройство, содержащее в 50 каждой Фазе измерения и паласовых Фильтров, настроенных на измеряемые гармоники тока, входы которых через масштабирующий усилитель соединены с выходом датчика мгновенного значе ния тока дуги, блок сравнения, вход которого соединен с выходом полосового Фильтра первой гармоники тока дуги, а его выход подключен к управляющему входу масштабирующего усилителя и регистрирующий прибор, дополнительно снабжено п выпрямителями,и блоками выборки-хранения усредненного значения входного сигнала, датчиком тока дуги и вторым блоком срав.нения, при этом выход каждого полосового фильтра через последовательносоединенные выпрямитель и блок выборки-хранения усредненного значениявходного сигнала подключен к входурегистрирующего прибора, вход датчика тока дуги соединен с выходом датчика мгновенного значения тока дуги,а его выход - с входом второго блокасравнения, выход которого подключенк управляющему входу каждого блокавыборки-хранения усредненного значения входного сигнала,Блок выборки-хранения усредненного значения входного сигнала содержит резистор, ключ, конденсатор и операционный усилитель, при этом выход операционного усилителя соединен со своим инвертирующим входом и является выходом блока выборки-хранения усредненного значения входного сигнала, один из выводов резистора является входом блока выборки-хранения усредненного значения входного сигнала, его второй вывод через ключ соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, к которому подключена одна обкладка конденсатора, вторая обкладка которого подключена к выводу, предназначенному для заземления. В предлагаемом устройстве информативные значещтя гармоник тока дугиизмеряются и усредняются лишь в такихэлектрических режимах работы печи, в которых значения гармоник тока дуги являются источником информации о ходе технологического процесса в дуговой электропечи - информативных режимах, т,е. в режимах, где имеется наибольшая связь между физико-химическими процессами, происходящими в печи, обусловленными технологией выплавки стали, и Формой кривой тока дуги. Электрические режимы работы печи, в которых значения гармоник тока дуги (электрода) определяются в основном длиной дуги и мало зависят от условий горения печной дуги (температуры в ванне печи, формы и состава шихты, физико-химического3состояния расплава и др.) - неинформативные режимы. Последние исключают ся из режимов, в которых происходит усреднение измеренньпс значений гармоник тока дуги. В этих режимах гармоники тока дуги принимают экстремальные значения (минимальные - в режимах эксплуатационного короткого замыкания и близких к нему, и максимальные - в режиме прерывистого горения дуги). Поэтому исключение из процесса усреднения измеренных значений гармоник в неинформатив ных режимах приводит к уменьшению нестационарности случайного процесса измененияинформативных значений гармоник. В предлагаемом устройстве определение этих режимов осуществляется путемконтроля величины тока дуги посредством датчика тока дуги и блока сравнения. Выходной сигнал блока сравнения указывает в каком режиме находится рабочая точка А печи и является управляющим сигналом устройств выборки-хранения усредненного значения входного сигнала во всех каналах измерения гармоник. Таким образом, в предлагаемом устройстве благодаря исключению из процесса усреднения значений гармоник, измеренньм в неинформативньм режимах, повышается точность измерения информативных значений гармоник тока дуги.На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного устройства для измерения информативных значений гармоник тока дуги дуговой электропечи; на фиг. 2 - схема блока выборки-хранения усредненного значения входного сигнала; нв фиг.З- статическая характеристика блока сравнения, где 0 и П - соответственно входное и выходное напряжения блока сравнения, П и 02 - соответственно нижний и верхний пороги пе.реключения; на фиг. 4 - зависимость тока дуги 1 от напряжения на дуге У электропечной установки, где А(0 1, Ер,) - рабочая точка печи, соответствующая- установленному электрическому режиму дуговой электропечи (Б,с и 1 , - напряжение и ток дуги, соответствующие электрическому режиму,Е - ток эксплуатационного трехфазного короткого замыкания электропечи,11 и 12" значения токов дуги, ограничивающие об 149447 4.ком диапазоне: от максимального значения Еэ (короткое замыкание) до 55 5 10 15 20 25 3035 40 45 ласть информативных электрических режимов работы электронечи).Устройство для измерения информативных значений гармоник тока дуги в каждой фазе измерения содержит датчик 1 мгновенного значения тока дуги, выход которого соединен с входом масштабирующего усилителя 2, выход которого соединен с входами полосовьм фильтров 3. Вьмод полосо-; вого фильтра 3 первой гармоники через блок 4 сравнения соединен с управляющим входом масштабирующего усилителя 2, Устройство содержит также п выпрямителей 5, и блоков б выборки-хранения усредненного значения входного сигнала. Выход каждого полосового фильтра 3 через последовательно соединенные выпрямитель 5 и блок б выборки-хранения усредненного значения входного сиг. - нала подключен к соответствукнцему входу регистрирующего прибора 7, Датчик 8 тока дуги подключен входом к выходу датчика 1 мгновенного значения тока дуги, выходом - к входу блока 9 сравнения, а выход блока 9 сравнения соединен с управляющими входами каждого блока б выборки- хранения усредненного значения входного сигнала.Блок б выборки-хранения усредненного значения входного сигнала содержит операционный усилитель 10, выход которого является выходом блока выборки-хранения усредненного значения входного сигнала и соединен с инвертирующим входом операционного чсилителя 10, а его неинвертирука 1 ий аход через последовательно включенный ключ 11 и резистор 12 соединен с входом блока б выборки-хранения усредненного значения входного сигнала. Конденсатор 13 включен между неинвертирующим входом операционного усилителя 10 и нулевой точкой устройства. Устройство работает следующимобразом. В процессе работы дуговой элек-тропечи ток дуги изменяется в широнуля (обрыв дуги), Поэтому в устройстве анализируются отношения высших гармонических составляющих тока дуги к первой гармонической составляющей. Исследуемый сигнал, снимаемый1149447 Ь12 и конденсатор 13 и повторениеусредненного значения на выходе операционного усилителя 1 О (на выходеблока 6 выборки-хранения), Постоян 5 ная времени фильтра низкой частотыТ определяется из требуемого усреднения измеряемой величины и ее величину можно вычислить, например, по формуле где Р Х20 АпУЬаа З зхп (и рй)М с выхода датчика 1 мгновенного значения тока дуги, поступает на входмасштабирующего усилителя, которыйвычисляет отношение входного сигналак первой гармонической составляющей.Зто осуществляется путем изменениякоэффициента передачи масштабирующего усилителя 2 в функции модулянапряжения отрицательной обратнойсвязи, охватывающей полосовойфильтр первой гармонической составляющей (50 Гц). Обратная связь реализуется блоком 4 сравнения, входкоторого соединен с выходом полосового фильтра 3 первой гармоники, а 15выход блока 4 сравнения - с управляющим входом масштабирующего усилителя 2. Сигнал на выходах полосовыхфильтров 3 равен ПТ)г дисперсия неусредненногозначения измеряемой величины,требуемое среднеквадратическое отклонение усредненного значения измеряемой величины;постоянная времени аппроксимирующей экспоненты на на где А и А - соответственно амплитуды первой и и-й гармоник тока дуги;Ы - угловая частота первойгармоники;М - масштабный коэффициент. 30С выходов паласовых фильтров 3 сигналы поступают на входы выпрямителей 5, которые представляют собой, например, двухполупериодные выпрями,тели. 35Выходные сигналы выпрямителей 5 поступают на входы блоков б выборки- хранения усредненного значения входного сигнала. Зти блоки могут работать в двух режимах: в режиме отсле живания усредненного значения входного сигнала и в режиме хранения усредненного значения входного сигнала. Переход с режима на режим определяется управляющим сигналом, который снимается с выхода блока 9 сравнения и управляет состоянием ключа 11. В качестве ключа 11 может быть использован, например, аналоговый ключ, выполненный по известным схемам на МОП-транзисторах. В режиме отслеживания управляющий сигнал равен "О", что соответствует закрытому состоянию ключа 11 (фиг. 2). В этом режиме происходит усреднение входного сигнала посредством фильтра низкой частоты, элементами которого являются активное сопротивление чальном участке кривой корреляционной функции исходного неусредненного сигнала.Так как постоянная времени фильтра низкой частоты Т равняетсяТ =КСгде К и С - соответственно величины активного сопротивления 12 и емкости конденсатора 13, то,задаваясь, например, величиной емкости конденсатора 13, можно определить величину активного сопротивления 12. Если выходной сигнал блока сравнения принимает значение " 1", то ключ 11 открывается, и устройство 6 выборки-хранения переходит в режим хранения, т.е. напряжение на выходе операционного усилителя 10 постоянно и равно усредненному значению входного сигнала в момент размыкания ключа 11.С выходов блоков 6 выборки-хранения усредненные значения гармоник поступают на соответствующие входы регистрирующего прибора.Переход блока 6 выборки-хранения с режима на режим осуществляется в функции тока дуги 1 посредством датчика 8 тока дуги и блока 9 сравнения. Датчик тока дуги определяет, например, эффективное значение тока дуги, которое поступает на вход блока 9 сравнения. Блок 9 сравнения1149447 определяет,в каком электрическомрежиме - информативном или неинформативном - находится в данный момент времени рабочая точка А лечи.Это осуществляется путем контролятока дуги и. сравнения его с заданными значениями. Если рабочей точкепечи в данный момент времени соответствует ток дуги 1 с 16 1или 0 6 11 (фиг. 4) - что соответствует неинформативному электрическому режиму - то на выходе блокасравнения 9 сигнал равен " 1" (фиг.З),а при токах дуги 111.1 - информативный электрический режим - на 15выходе блока 9 сравнения сигналравен "0", Блок 9 сравнения представляет собой двухпороговый компаратори может быть реализован по известнойсхеме на основе. микросхемы 521 СА 1. 20Величины напряжения нижнего 0иверхнего 0 порогов переключенияблока 9 сравнения устанавливаютсяпропорциональными значениям токов11 и 1 соответственно. Величину 25тока 1 можно ориентировочно принятьравной (0,85 - 0,9)1 , а значениетока 11 для данной печи опредеь,яется следующим образом: сначала по известной зависимости относительнойвеличины напряжения дуги д от отношения реактивного сопротивленияэлектропечной установки к активномуопределяется напряжение дуги, соответствующее границе непрерывного ипрерывного процессов горения дуги,а затем по зависимости 1= ГЖ)ток дуги 11, соответствующий этомунапряжению (фиг. 4) . Вычисленныезначения токов дуги 11 и 1 уточняются в процессе наладки. 8Таким образом, в процессе работы дуговой электропечи представляется возможность посредством датчика 8 тока дуги и блока 9 сравнения оперативно определять информативные и не- информативные электрические режимы и управлять режимами работы блоков.6 выборки-хранения усредненного значения входного сигнала. Одновременно с этим напряжения (1) с выходов полосовых фильтров 3 через выпрями тели 5 поступают на входы блоков 6 выборки-хранения усредненного значения входного сигнала, которые производят текущее усреднение входного сигнала (если рабочая точка находится в информативном режиме) или хранят н выходе усредненное значение входв, го сигнала на временном интервале, когда рабочая точка печи находится в неинформативном режиме. Усредненные информативные значения гармоник, снимаемые с выходов блоков 6 выборки-хранения, поступают на соответствующие входы регистрирую- щего прибора. В предлагаемом устройстве благодаря исключению из процесса усреднения значений гармоник, измеренных в неинформативных электрических режимах работы дуговой электропечи повышается точность измерения инфориативных значений гармоник тока дуги. Кроме того, в предлагаемом устройст, - ве уменьшается дисперсия усредненных значений гармоник, что позволяет уменыпить постоянную времени усреднения и, как следствие, увеличить быстродействие процесса измерения информативных значений гармоник тока.Составитель Г Таракановедактор Л.Зайцева Техред А.Кнкемезей Корректор С.Еекмар ное ал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 аказ 1921/44 Тираж 794 Подпн ВЯИИПИ Государственного коеитета СССР но делам изобретений и открмтий 113035, Иосква, Ж, Раущская наб., д.4/5